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微波輻射儀
閱讀�5543�(shí)間:2020-10-21 08:54:48

微波輻射儀,也被成為微波輻射計(jì),是一種用�(lái)接收�天線視場(chǎng)范圍�(nèi)的各種物體自身所輻射、散射或反射的微波噪聲能�,并把它等效變換成黑體溫度表示出�(lái)的一種無(wú)源微波遙感電子儀器。它具有能穿透云�、可日夜工作及受�、雨、雪等氣象影響較小的�(yōu)�(diǎn)。此�,它還具有能觀察物體表層下特性能�,可得到紅外和可�(jiàn)光不能獲得的額外信息�

工作原理

微波輻射儀是用微波�(jìn)行遙感,從而對(duì)地物�(jìn)行探�(cè)的微波接收機(jī),在探測(cè)大氣、海�、植被和土壤等方面有廣泛�(yīng)�,而數(shù)�(jù)處理與控制單元作為微波輻射計(jì)的重要組成部分,承擔(dān)了所有的�(qū)�(dòng)及控制功�,對(duì)�(shí)序及精度要求十分�(yán)�。由于系�(tǒng)�(duì)可靠性要求較�,故采用單片�(jī)作為220GHz微波輻射�(jì)�(shù)控單元的核心,通過(guò)精確的時(shí)序控�,實(shí)�(xiàn)了數(shù)�(jù)采集、天線控�、狀�(tài)提取、串口通信等功�。同�(shí),該�(shù)控單元具有功耗低,采樣精度高,接口簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。微波輻射計(jì),是利用被動(dòng)的接收,各�(gè)高度傳來(lái)的溫度輻射的微波信號(hào)�(lái)判斷溫度、溫度曲�,是一款被�(dòng)式地基微波遙感設(shè)備,微波遙感起步晚于可見(jiàn)光和紅外遙感。但相對(duì)于可�(jiàn)光和紅外遙感而言,微波輻射計(jì)能全天候、全天時(shí)工作??梢?jiàn)光遙感只能在白天工作,紅外遙感雖可在夜晚工作,但不能穿透云霧。微波輻射計(jì)是一種用于測(cè)量物體微波熱輻射的高靈敏度接收機(jī)。通過(guò)�(cè)量天線接收到的輻射功率反演被觀�(cè)目標(biāo)的亮度溫�;�(cè)量的物理量為亮度溫度(K)。輻射計(jì)天線接收的輻射能量來(lái)自地面物體的�(fā)射輻射和反射輻射,根�(jù)瑞利-金斯公式,物體發(fā)射的功率與溫度成正比。物體的�(fā)射特性用輻射�(cè)量亮度溫度表�。表征微波輻射計(jì)性能的主要參�(shù)是溫度分辨率(靈敏�)和空間分辨率(角分辨率)。[2]

微波輻射儀�(cè)量海表面溫度的原理: 微波的波�(zhǎng)�0.1~100 cm,微波又可細(xì)分為毫米�、厘米波和分米波�。微波的特點(diǎn)是能穿透云�,具有全天候工作特�(diǎn)。微波遙感分為主�(dòng)微波遙感和被�(dòng)微波遙感� 在不考慮大氣中各種粒子的貢獻(xiàn)�(shí),微波輻射計(jì)探測(cè)到的海面亮溫Tb(f)與海表面溫度TS有簡(jiǎn)單關(guān)�。將瑞利-金斯定律代入公式,獲� T(f,θ,φ,TSST)=e (f,�,�) TSST (1) 式中:T(f,θ,φ,TSST)代表微波輻射�(jì)探測(cè)到的海面亮溫;TSST� 海表面一�(gè)薄層海水的溫�,它代表海表面的熱力�(xué)溫度,當(dāng)然它與常�(guī)水桶采水法在一定深度取水測(cè)得的海表面溫度略有差�。如果傳感器位于海表面之上某一�(gè) 足夠高度的平�(tái)例如飛機(jī)或衛(wèi)星上,還要考慮大氣校正,即在公�(1)中還要補(bǔ)充大氣層空氣自發(fā)輻射�(xiàng)和大氣透射率因子等� 根據(jù)基爾霍夫定律,平靜海面的�(fā)射率e與菲涅爾反射率ρ之間的�(guān)系是 e HV(f,�,�)=1-ρHV(f,θ,φ) (2) 式中:下�(biāo)H和V分別表示電磁波的水平極化狀�(tài)和垂直極化狀�(tài);f為微波頻�;θ為觀�(cè)的天頂角,它代表�(wèi)星的觀�(cè)方向與海面法線之間的夾角,簡(jiǎn)稱為觀�(cè)角或入射�;φ為方位角,它代表輻射儀觀�(cè)方向與風(fēng)向的夾角�

基本�(gòu)�

微波輻射儀�(shí)際上是一�(gè)接收�(wú)�(guī)則噪音信�(hào)的高靈敏度接收機(jī)。它所接收的信�(hào)是微弱的非相干的和不可控制的噪聲,這種噪聲和接收機(jī)�(nèi)部元素器件產(chǎn)生的噪聲信號(hào)�(wú)本質(zhì)上的區(qū)�。為了測(cè)量出被接收到的外部噪�,就必須把內(nèi)部噪聲在終端�(chǎn)生輸出電壓消�,消去改電壓最有效的方法就是連續(xù)比較天線輸出和標(biāo)�(zhǔn)噪聲源的輸出�

典型的微波輻射儀是由提空空間分辨力的微波天線、提供頻率選擇與放大的接收機(jī)、保證輸出電壓正比于接收電壓的輻射功率的平方律撿波器、消去內(nèi)部噪聲在終端輸出電壓并獲得輻射溫度輸出的信號(hào)處理器及�(duì)�(shù)�(jù)�(jìn)行處�、記錄和顯示等設(shè)備組��

分類

根據(jù)輻射儀的用途和特點(diǎn)可以�(jìn)行分�。按照工作環(huán)境可分為�(shí)�(yàn)室用、地面野外用、機(jī)載和星載輻射儀;按用途可以分為射電天�、大氣探�(cè)、測(cè)繪和跟蹤輻射儀;按照電路特點(diǎn)可以分為全功率式、調(diào)制式、相�(guān)式和相位開關(guān)式輻射儀;此外還可以分為帶鎖式開關(guān)和不帶鎖式開�(guān)兩類�

�(yīng)用場(chǎng)�

微波輻射儀主要用于中小尺度天氣�(xiàn)�,如暴風(fēng)�、閃電、強(qiáng)降雨、霧、冰凍及邊界層紊�。對(duì)于短�(shí)間內(nèi)生成或消散的中小尺度天氣�(zāi)害,雖然只是地區(qū)性的,但部分事件危害性較大。在目前中尺度天氣現(xiàn)象監(jiān)�(cè)�(guò)程中,探空氣球和天氣雷達(dá)是常用的手段。探空氣球會(huì)受到使用�(shí)間和空間的限�;天氣雷達(dá)資料基本局限于降雨�(guò)程無(wú)降水�(shí)的欠�;在離地面5公里范圍�(nèi)�(wèi)星遙感數(shù)�(jù)存在較大的誤�。被�(dòng)式地基微波輻射計(jì)的出�(xiàn),填�(bǔ)上述研究方法�(jiān)�(cè)方面的空�,是其有效的�(bǔ)充手�。微波輻射具有獨(dú)立工作能�,能在幾乎各種環(huán)境條件工�� 非常適合于自�(dòng)天氣站。用于反演完整的大氣廓線,反演數(shù)�(jù)和原始數(shù)�(jù)全部保存。提供完備的顧客定制或全球標(biāo)�(zhǔn)算法。主要應(yīng)用如下:�(duì)流層剖面的溫�、濕度和液態(tài)�,天氣和氣候模型研�,衛(wèi)星追�(GPS,伽利略)�/干延遲和濕度廓線,臨近預(yù)�(bào)大氣�(wěn)定�(�(zāi)害性天氣檢�(cè)),溫度反演檢�(cè)、霧、空氣污�,絕�(duì)校準(zhǔn)云雷�(dá),濕/干延遲改正VLBI技�(shù)�

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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